【導(dǎo)讀】對(duì)于在設(shè)計(jì)一個(gè)穏壓的AC-DC轉(zhuǎn)換器的同時(shí)，還要包括功率因素校正(PFC)功能，這是一項(xiàng)非常艱巨的工作。最棘手的，莫過(guò)于在全球電網(wǎng)輸入電壓范圍，即由85 Vrms至264 Vrms范圍內(nèi)，都能夠維持良好的性能。究竟如何能精簡(jiǎn)供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)呢？
根據(jù)過(guò)往的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)穏壓的AC-DC轉(zhuǎn)換器都需要在轉(zhuǎn)換效率與功率因素校正之間折沖權(quán)衡。此外、在散熱管理及配定有源和磁性組件的指標(biāo)時(shí),也都需要照顧到最惡劣的操作情況, 加大了設(shè)計(jì)難度。
在產(chǎn)品地區(qū)化, 只提供當(dāng)?shù)厥须婋姷漠a(chǎn)品是一些OEM生產(chǎn)廠家的折沖方法，但并非最理想的選擇。
現(xiàn)在, 有一種自適應(yīng)單元拓樸(Adaptive Cell)技術(shù), 采用雙箝位零電壓開(kāi)關(guān)(DC-ZVS)技術(shù)，超越AC-DC功率轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)技術(shù)的局限，兼?zhèn)渥吭叫阅芗皯?yīng)用簡(jiǎn)捷兩大優(yōu)點(diǎn)。
DC-ZVS拓樸包括一個(gè)全橋的初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的單端整流器(見(jiàn)圖1)，電感器是能量傳輸?shù)闹饕兀袃蓚€(gè)不同的線圈；電容器是次級(jí)側(cè)的儲(chǔ)能組件。在這三個(gè)拓樸階段，這些元素(包括精準(zhǔn)的開(kāi)關(guān)時(shí)間)保證了每個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)渡均在零電流或零電壓瞬間進(jìn)行，固此，縱便開(kāi)關(guān)頻率非常高，仍能把開(kāi)關(guān)損耗降至最低。
圖1： DC-ZVS轉(zhuǎn)換器架構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖
另一個(gè)優(yōu)勝的地方是，每個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)渡均保證不帶過(guò)壓瞬態(tài)。加在初級(jí)開(kāi)關(guān)的反向電壓最高亦不會(huì)超過(guò)輸入電壓的峰值，因此這拓樸內(nèi)可以采用額定值更低的開(kāi)關(guān)器件 。因此，可以選擇最配合、最有利的數(shù)值，達(dá)到更低傳導(dǎo)功耗，更低驅(qū)動(dòng)電流和高功率密度等效果。
自適應(yīng)單元 “Adaptive Cell”實(shí)現(xiàn)了一個(gè)動(dòng)態(tài)方法來(lái)管理兩個(gè)相同的DC-ZVS轉(zhuǎn)換器，無(wú)論輸入線壓的波動(dòng)，均能維持最高效率。轉(zhuǎn)換器的輸出是并聯(lián)的。輸入側(cè)可以是串聯(lián)或并聯(lián)(圖2)。耦合的電感共享一個(gè)核芯，初級(jí)側(cè)配電鏈以一個(gè)共同控制器調(diào)節(jié)，結(jié)果是在任何應(yīng)用條件，單元與單元之間更對(duì)稱，處理能量更均等。
圖2： 自適應(yīng)單元(Adaptive Cell)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖
DC-ZVS和自適應(yīng)單元拓樸有以下幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)：
轉(zhuǎn)換效率不受輸入電壓影響
高關(guān)關(guān)頻率，可以采用細(xì)小的濾波器；噪聲頻譜更容易濾掉
出色的功率因素校正(即使在低線壓)，減少PFC損耗
優(yōu)化線－電流波型，改善PFC及整體供電質(zhì)量，減少諧波
符合SELV安全規(guī)格
隔離、可靠的磁性耦合(比光耦優(yōu)勝)
符合國(guó)際EMI及EMC標(biāo)準(zhǔn)
Vicor的VI BRICKAC前端，同時(shí)采用了DC-ZVS和自適應(yīng)單元拓樸。它是一個(gè)330W，帶PFC及內(nèi)置整流、濾波和瞬變保護(hù)的AC-DC轉(zhuǎn)換器，可在85V－264V全球輸入電壓范圍內(nèi)操作。輸出PFC穩(wěn)壓48Vdc電壓。
VI BRICK AC前端的功率密度是121W/in3 (7.5 W/cm3)，薄身，高度只有9.55mm。板面面積只有一張名片大小。在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)，效率仍然保持在高水平，峰值效率 >92%。基板操作溫度由-55°C至100°C，有C級(jí)、T級(jí)及M級(jí)三款:
圖3： Vicor的VI BRICK AC前端展現(xiàn)了DC-ZVS的優(yōu)點(diǎn)
圖4：VI BRICK AC前端
